Valensband, leiðniband og bandbil útskýra hvernig efni bera rafmagn. Þær sýna hvers vegna leiðarar leyfa straumi að flæða auðveldlega, hvers vegna einangrarar þola hann og hvers vegna hálfleiðarar er hægt að stjórna. Þessar hugmyndir útskýra einnig hreyfingu rafeinda, myndun hola og áhrif hita, ljóss og lyfjablöndunar á leiðni. Þessi grein gefur upplýsingar um þessi grunnsambönd.
Hlutverk rýmisins milli hljómsveita
Bilið milli gildisbandsins og leiðnibandsins kallast bandbil. Það hjálpar til við að útskýra hvernig föst efni haga sér þegar rafmagn er notað. Þetta bil sýnir hversu mikla orku rafeindir þurfa áður en þær geta hreyfst frjálst og borið straum í gegnum efnið.
Stærð þessa bils hefur áhrif á hvort efnið hagar sér eins og leiðari, einangrari eða hálfleiðari. Lítið bil auðveldar hreyfingu rafeinda, á meðan stórt bil gerir það erfiðara. Þess vegna er bandbilið mikilvægt í rafeindatækni, hálfleiðaraeðlisfræði, skynjun, ljósmiðuðum tækjum og efnisflokkun.
Bandbil milli orkubanda
Valensbandið er það sem er með hæsta orkuband sem venjulega er fullt af rafeindum. Leiðnibandið er orkubandið þar sem rafeindir geta hreyfst frjálsar um efni. Á milli þeirra er bandbilið, einnig kallað orkubilið eða bannaða bilið.
Bandbilið er ekki líkamlegt tómt rými inni í efninu. Þetta er orkusvið þar sem rafeindir geta ekki verið til, svo rafeind þarf að fá næga orku til að fara frá gildisbandinu yfir á leiðnibandið.
Stærð bandbilsins hefur mikil áhrif á hvernig efni hegðar sér rafrænt. Það hjálpar til við að ákvarða hversu auðveldlega rafeindir geta hreyfst og hvort straumur geti flætt auðveldlega, veikt eða aðeins við ákveðnar aðstæður.
Rafeindahreyfing yfir bandbilið
Orka sem þarf til rafeindaörvunar
Rafeindahreyfing ræðst af því hversu mikla orku þarf til að fara yfir bandbilið. Minna bil gerir þessa umbreytingu auðveldari, á meðan stærra bil krefst meiri orku. Þetta hefur mikil áhrif á hversu auðveldlega efni getur borið rafleiðni.
Myndun rafeinda og hola
Þegar rafeind fer inn í leiðnibandið, skilur hún eftir sig gat í gildisbandinu. Bæði frjálsa rafeindin og gatið hjálpa til við að bera hleðslu í gegnum efnið.
Munur á bandbili í efnum
Stjórnendur
Leiðarar gera rafeindum kleift að hreyfast mjög auðveldlega vegna þess að gildisbandið og leiðnibandið skarast eða liggja mjög nálægt hvor öðrum. Afleiðingin er sú að rafeindir geta hreyfst með litlu viðnámi, svo rafstraumur flæðir auðveldlega um efnið.
Hálfleiðarar
Hálfleiðarar hafa miðlungs bandbil. Þetta þýðir að rafeindir þurfa einhverja orku til að ná leiðnibandinu, en ekki of mikla. Vegna þessa er auðveldara að stjórna getu þeirra til að bera straum en í leiðarum eða einangrurum.
Einangrarar
Einangrarar hafa stórt bandbil, svo rafeindir þurfa mun meiri orku til að komast inn í leiðnibandið. Þetta gerir rafeindahreyfingu erfiða við eðlilegar aðstæður og takmarkar straumflæði verulega.
Þættir sem hafa áhrif á hegðun hljómsveitarinnar
Hitaáhrif
Þegar hitastigið hækkar fá fleiri rafeindir varmaorku. Þetta eykur líkurnar á að þeir fari yfir bandbilið og komist inn í leiðnibandið. Í hálfleiðurum eykur þetta venjulega leiðni.
Ljós örvun
Ljós getur einnig veitt orku sem þarf til að flytja rafeindir yfir bandbilið. Þegar ljósorkan er nægilega há geta rafeindir stokkið yfir á leiðnibandið og skilið eftir göt í gildisbandinu. Þetta breytir því hvernig efnið leiðir rafmagn.
Lyfjaáhrifin
Dóping breytir efni með því að bæta við litlu magni af óhreinindatómum. Þessi atóm mynda auka orkustig nálægt gildisbandinu eða leiðnibandinu. Þar af leiðandi þarf rafeindir eða holur minni orku til að taka þátt í leiðni, sem auðveldar stjórn á leiðni.
Leiðir til að skilja hegðun hljómsveita
Regla um val á efni
• Nota leiðara þegar þörf er á auðveldu straumflæði
• Nota einangrara þegar straumurinn á að vera lokaður
• Nota hálfleiðara þegar leiðni þarf að stjórna
Regla um túlkun tækja
• Díóður byggja á stýrðri hleðsluhreyfingu
• Transistorar treysta á hegðun hálfleiðara
• Sólarfrumur nota ljósknúna rafeindaörvun
• Skynjarar eru oft háðir breytingum á leiðni
Algengar villur í hljómsveitarkenningu
Meðhöndlun bandbilsins sem líkamlegt rými
Bandbilið er ekki raunverulegt tómt rými inni í efni. Þetta er orkusvið þar sem rafeindir geta venjulega ekki verið til. Að skilja þennan mun hjálpar til við að koma í veg fyrir rugling þegar útskýrt er hvernig rafeindir hreyfast milli orkubanda.
Að hunsa holuleiðni
Í hálfleiðurum felur rafleiðni oft í sér bæði rafeindir og göt. Að einblína eingöngu á rafeindir gefur ófullkomna mynd af því hvernig hleðsla hreyfist um efnið.
Að endurtaka skilgreiningar of oft
Valensband, leiðniband og bandbil ættu að vera skýrt skilgreind einu sinni. Eftir það ætti umræðan að halda áfram með því að útskýra tengsl, áhrif og merkingu í stað þess að endurtaka sömu skilgreiningar.
Vantar tengingu við efnislega hegðun
Rafmagnshegðun efnis ætti alltaf að tengjast bandbyggingu þess. Leiðarar, hálfleiðarar og einangrarar eru ólíkir vegna bandsskörunar eða bandbilsstærðar, og þessi tenging ætti að vera skýr í gegnum alla útskýringuna.
Niðurstaða
Valensbandið, leiðnibandið og bandbilið tengjast náið rafhegðun. Þau útskýra hvernig rafeindir hreyfast, hvers vegna holur skipta líka máli og hvers vegna leiðarar, hálfleiðarar og einangrarar hegða sér á mismunandi hátt. Þær sýna einnig hvernig hiti, ljós og lyfjanotkun geta breytt leiðni. Þessar hugmyndir gera það auðveldara að skilja hleðsluflæði, hegðun efnis og virkni margra rafrænna og ljósbundinna tækja í raunverulegri notkun.
Algengar spurningar [FAQ]
Hvað gefur rafeindum næga orku til að færast inn í leiðnibandið?
Hiti, ljós eða önnur utanaðkomandi orka getur gefið rafeindum næga orku til að fara yfir bandbilið og færast inn í leiðnibandið.
Af hverju eru hálfleiðarar gagnlegir í rafeindatækni?
Hálfleiðarar eru gagnlegir vegna þess að leiðni þeirra er auðveldara að stjórna en leiðni leiðara eða einangrara.
Hvað gerist þegar lítið eða ekkert bandbil er til staðar?
Rafeindir geta hreyfst auðveldlega, svo efnið leiðir rafmagn betur.
Af hverju er bandkenning mikilvæg?
Bandakenning hjálpar til við að útskýra hvers vegna mismunandi efni leiða rafmagn á mismunandi hátt.
Getur leiðni breyst án þess að breyta efninu sjálfu?
Já. Hitastig, ljós eða aðrar ytri aðstæður geta breytt því hversu auðveldlega rafeindir hreyfast í efni.
Af hverju skiptir uppbygging hljómsveitarinnar máli í framkvæmd?
Bandbygging hjálpar til við að útskýra hvort efni leyfi straumi að flæða auðveldlega, veikt eða aðeins við ákveðnar aðstæður.
